Kilowatt-Peak

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Was bedeutet KilowattPeak(kWP)?

Geht es darum, die Größe einer Solaranlage zum Erzeugen elektrischen Stroms (auch Photovoltaik-Anlage, kurz: PVA genannt) zu beschreiben, fällt häufig die Maßeinheit „KilowattPeak“. Sie beziffert die Höchstleistung einer Solarstromanlage. Das englische Wort „peak“ bedeutet „Spitze“, gemeint ist also die elektrische Spitzenleistung der Anlage. Analog zu der Einheit Watt (W) und ihren Vielfachen Kilowatt (kW), Megawatt (MW) und Gigawatt (GW) gibt es auch WattPeak (WP), KilowattPeak (kWP), MegawattPeak (MWP) und GigawattPeak (GWP). Lesen Sie hier, was ein KilowattPeak ist!

Stromzaehler © Schulzie, fotolia.com
Was bedeutet KilowattPeak? © Schulzie, fotolia.com

KilowattPeak ist keine normgerechte Bezeichnung für die elektrische Leistung

Zum Beschreiben der Fähigkeit einer Photovoltaik-Anlage, Lichtenergie der Sonne in elektrische Energie (Strom) umzuwandeln, sowie ihre Leistung messbar und damit mit der anderer Anlagen vergleichbar zu machen, bedient man sich häufig der Maßeinheit WattPeak und ihren Vielfachen KilowattPeak (1 kWP = 1.000 WP) , MegawattPeak und GigawattPeak.

Geläufig sind demnach Aussagen zu Anlagen wie:

„Die Leistung der Photovoltaik-Anlage beträgt 10 KilowattPeak (kWP).“ Oder: „Das ist eine 10-kWP-Solarstomanlage.“

Solche Leistungsbeschreibungen sind jedoch umgangssprachlich zu bewerten, denn sie beschreiben die elektrische Leistung der betreffenden Anlage unter standardisierten Testbedingungen, sogenannten Standard-Testbedingungen, auch kurz: STC – für den englischen Begriff „standard test conditions“ – genannt. Technisch korrekt handelt es sich demnach nicht um reale Leistungswerte, sondern um Nennleistungen beziehungsweise Nennhöchstleistungen. Die oben beispielhaft angeführten Aussagen müssten demnach korrekterweise so lauten:

„Die Nennleistung der Photovoltaik-Anlage unter Annahme der Standard-Testbedingungen beträgt 10 KilowattPeak (kWP).“ Oder: „Das ist unter Annahme der Standardtestbedingungen eine 10-kWP-Solarstomanlage (Nennleistung).“

Anstatt also die nicht normgerechte Darstellungsweise „elektrische Leistung P = 1 kWP“ zu verwenden, müsste man die elektrische Leistung der Photovoltaik-Anlage also normgerecht mit PNennleistung = 1 kW ausgeben. Denn es ist nicht normgerecht, einer Einheit wie Watt einen Zusatz wie Peak anzufügen.

Entsprechend müsste eine Aussage wie „… pro kWP brauche man eine Installationsfläche (aufsummierte Modulfläche) zwischen 6 bis 10 Quadratmetern (m²)“ so umgeschrieben werden: „Für die erwünschte Anlagenleistung von 1 kW unter Standard-Testbedingungen bräuchte man eine Fläche von etwa 6 bis 10 m²“. Aber: Die Angabe der elektrischen Leistung der PV-Anlage in WattPeak hat sich mittlerweile zu einer Art Standard gemausert.

Haus mit Solaranlage © reimax16, fotolia.com
Optimale Betriebsbedingungen herrschen eher selten, daher müssen Sie mit Abstrichen von der Nennleistung der PV-Anlage rechnen. © reimax16, fotolia.com
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Die Standard-Testbedingungen (STC) für Photovoltaik

Um die Leistung von Photovoltaik-Anlagen, insbesondere ihrer Solarmodule/Solarzellen, möglichst unabhängig vergleichen und bewerten zu können, hat man weltweit einheitliche Betriebsbedingungen definiert: die Standard-Testbedingungen. Sie beschreiben eine Art Optimum für den Betrieb von Solaranlagen, also optimale Umgebungsbedingungen für dieselben.

Die Angaben für Strom, Spannung und Leistung einer Photovoltaik-Anlage unter Standard-Testbedingungen gelten bei:

  • einer Sonnenlicht-Einstrahlung von 1.000 Watt pro Quadratmeter (W/m²) in Modulebene (bei senkrechtem Lichteinfall/ Einfallswinkel 48 Grad (°)),
  • einer Modultemperatur von 25 Grad Celsius (°C) mit einer Toleranz von plus/minus 2 °C
  • und einem gemäß der Norm IEC 60904-3 (2016) Teil III definierten Spektrum des Sonnenlichts bei einer astronomischen Luftmasse (auf Englisch „air mass“, kurz: AM) von 1,5. Die astronomische Luftmasse ist ein relatives Maß für die Wegstrecke, die das Licht von der Sonne bis zur Solaranlage zurücklegt, wobei berücksichtigt wird, dass das Licht in der Erdatmosphäre teilweise gestreut und absorbiert wird.
Die Angabe Peakleistung bezieht sich auf Test-Bedingungen
Die Angabe Peakleistung bezieht sich auf Test-Bedingungen

Die unter den genannten Standard-Testbedingungen ermittelte Leistung wird dann meist in WP beziffert (siehe oben).

Dazu sollten Sie wissen, dass sich beim Messen

  • sowohl das spezifizierte Lichtspektrum,
  • als auch die Einstrahlung
  • sowie die Modultemperatur

nicht immer einhalten lassen. Es ist vielmehr davon auszugehen, dass die genannten optimalen Bedingen fast nie gleichzeitig herrschen. Deshalb ermittelt man die Messwerte bei Standard-Testbedingungen anhand der aktuellen Messbedingungen rechnerisch.

Dank der Messwerte lassen sich die Leistungen von Solarmodulen untereinander vergleichen. Allerdings ergeben sich damit keine Aufschlüsse über das tatsächliche Betriebsverhalten der Module. Nur ein Beispiel: So liegt die Modultemperatur bei kristallinen Solarmodulen bei einer Einstrahlung von 1.000 W/m² in der Regel deutlich über 25 °C, wobei die höhere Modultemperatur einen Leistungsabfall der Module mitbringt. Und auch das Verhalten unterschiedlicher Solarzell-Typen bei Schwachlicht berücksichtigt der Wert nicht.

Solaranlage analyse mit Wärmebildkamera © mitifoto, fotolia.com
Höhere Modultemperaturen als die optimalen 25 °C lassen den Wirkungsgrad sinken © mitifoto, fotolia.com

Es gilt für die Leistungsüberprüfung unter STC einer Solaranlage im Feld (sogenannte Feldprüfung), beispielsweise

  • auf dem Solardach (bei einer Dachanlage)
  • oder auf einer Freifläche (bei einer Freiflächenanlage),

dass die Einstrahlung 1.000 W/m², die Luftmasse AM 1,5 und die Zelltemperatur 25 °C betragen.

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Bedeutung der STC für in Deutschland installierte Anlagen

Die Standard-Testbedingung bezüglich einer Strahlungsstärke von 1.000 W/m2 in Modulebene wird in Deutschland zum Beispiel während der Mittagszeit an einem schönen Sommertag erreicht, wenn die Sonne von einem klaren, unbewölkten Himmel scheint. Geht man zugleich von einer deutlich über 25 °C liegenden Modultemperatur aus, muss man allerdings mit einer hierdurch bedingten Minderung des Wirkungsgrades der Solarmodule um 15 bis 20 Prozent rechnen. Entsprechend geringer ist demzufolge auch die tatsächliche elektrische Leistung, die die Module abgeben. Hinzu kommt – ebenfalls die Nennleistung der Module mindernd – die Tatsache, dass die Sonnenstrahlen nicht exakt senkrecht auf die Module treffen.

Darum ist die Angabe Kilowatt-Peak nur theoretisch aussagekräftig
Darum ist die Angabe Kilowatt-Peak nur theoretisch aussagekräftig

Dafür können Sie damit rechnen, dass bei extremen Wetterverhältnissen wie kurzzeitig sehr hoher Einstrahlung und zugleich kühlen Solarmodulen die abgegebene elektrische Leistung der Module der Photovoltaik-Anlage auch oberhalb ihrer herstellerseits genannten Nennleistung in WattPeak liegt.

Daraus ergibt sich als Richtwert für den Betrieb einer Photovoltaik-Anlage in Deutschland: Mit einer Anlage der Nennleistung 1 kW (beziehungsweise mit einer 1-kWP-Anlage) können Sie bundesweit etwa 900 bis 1100 Kilowattstunden (kWh) elektrischen Strom pro Jahr (kWh/a) erzeugen. Eine solche Anlage besetzt im Schnitt eine Fläche von acht bis zehn m2 auf dem Dach oder einer Freifläche.

Peo Kilowaatpeak kann mit einem Ertrag von 900 -1100 Kilowattstunden rechnen
Pro Kilowattpeak kann mit einem Ertrag von 900 -1100 Kilowattstunden rechnen

Förderung von Photovoltaik-Anlagen nach kWP

Die Förderung von Photovoltaik-Anlagen wird häufig auch an ihrer „Größe“, sprich: ihrer elektrischen Leistung in kWP, festgemacht. Man unterscheidet aktuell beispielsweise Anlagen in:

  • Anlagen auf Ein- und Zweifamilienhäusern (bis 10 kWp)
  • Anlagen auf Nichtwohngebäuden (bis 100 kWp)
  • Anlagen auf Verwaltungsgebäuden, Schulen, Hallen, Überdachungen (10 bis 40 kWp und 40 bis 100 kWp)

Demnach gelten derzeit laut dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) beispielsweise Anlagen bis 10 kWP auf Ein- und Zweifamilienhäusern als von der EEG-Umlage befreit.

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